CN104030269A - 红色碳量子点的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备红色碳量子点的新方法，是以甘蔗渣为碳源原料。该制备方法是将甘蔗渣与磷酸及硫酸的混合溶液加热。本发明一方面利用废弃生物资源甘蔗渣为原料，实现了资源的回收利用，另一方面制备过程简单，操作简易，而且制备红色碳量子点具有良好的光学性质，在酸性条件下发射强而稳定的红色荧光，在红外及近红外区域有良好吸收，具有良好的光热效应。本发明制备的红色碳量子点除可用于其它碳量子点相同的用途外，还特别地可以用于制备光热诊疗药物，具有广阔的应用前景。

Description

红色碳量子点的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及荧光材料，具体是碳量子点，更具体是红色碳量子点的制备方法及应用。

背景技术

近年来，碳量子点作为继碳纳米管、富勒烯、石墨烯后碳家族中的新成员，不仅具有传统的半导体量子点所拥有的光致发光及发光范围可调等光电性能，而且与传统半导体量子点相比，碳量子点具有发光更稳定、更易于功能化和更好的水溶性，尤为重要的是其还保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点，在细胞成像，药物载体等方面拥有极大的应用前景，广泛受到人们的关注。而这其中，通过简单、经济和绿色的方法高效地合成碳量子点成为当代化学领域的研究热点之一。就合成方面而言，对更经济、可再生的绿色碳源的寻找，还是近几年来碳量子点研究过程中的一个热点(Baker, S. N.; Baker, G. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6726?6744; 24253. Li, H.; Kang, Z.; Liu, Y.; et al. J. Mater. Chem. 2012, 22, 24230)。近年来，通过人们的努力取得了长足的发展（Sheila N. Baker* and Gary A. Baker*. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6726 – 6744），碳量子点的制备取得了极大的进步，但大部分合成的碳量子点都为蓝色，而制备出红色碳量子点的方法极少有报道，因此制备出红色碳量子点仍具有广阔的应用前景。红色碳量子点除具有与其他颜色碳量子点相同的性质外，还具有红外或近红外的吸收，这个优势将大大增加它的应用。

另外，甘蔗渣作为一种生物废弃资源，大部分都没有有效地实现资源再利用，只是简单地采取就地堆放、填埋、焚烧等方式处理，不仅浪费了生物资源，而且造成了严重的环境污染。即使有一些利用方法，也就是制造低档纸、低档活性炭或者压制成板材，附加值不高。作为一种生物资源废弃物，特别是植物废弃物组成成分主要为有机物，因此可以作为一种重要的生物质资源进行再利用，如果利用甘蔗渣作为碳源原料制备碳量子点，将有利于生物资源的回收利用，制备出高科技产品，大大提升附加值。

发明内容

本发明针对上述碳量子点的制备现状分析，为了制备出更多的红色碳量子点，寻找到能够快速制备出红色碳量子点的来源丰富的原料，也为了更好地利用甘蔗渣，本发明提供一种新的制备红色碳量子点的方法。

首先，本发明提供的新的制备红色碳量子点的方法，是以甘蔗渣为碳源原料。

方法包括下述步骤：

1) 甘蔗渣前处理；

2）配制浓硫酸与浓磷酸的混合液；

3）将1）所得加入2）的混合液中，加热反应，成黑色溶液；

4）过滤；

5）滤液用水稀释，再过滤，并用水进行洗涤，得到黑色固体；

6）然后，干燥，即得到产物。

具体地，在步骤1）的前处理包括去糖和干燥。去糖和干燥可采用已有的常规的技术。

在步骤2），所述混合液的浓硫酸与浓磷酸体积之比为：1～4。

所述浓硫酸与浓磷酸均为化学化工上所称的概念。

本发明经过实验发现，当浓磷酸体积与浓硫酸体积比为1:2时，制备的红色碳量子点在相同浓度条件下发射的荧光强度最强。故此本发明更加优化的方案是浓硫酸与浓磷酸体积之比为：2。

本发明在步骤３），加热温度控制为80～120℃，将混合物回流加热4～6h。

在步骤4），采用砂芯漏斗进行抽滤，并且还包括用浓磷酸洗涤滤渣。

在步骤5），稀释时采用大量的水，稀释的用水量是滤液体积的10～50倍 ，之后的过滤采用普通抽滤，并再用大量的水洗涤固形物，洗涤用水量为滤液体积的5～20倍。这里所述的水最好用去离子水，普通抽滤指不需要特别要求指定的抽滤。

本发明在最后的步骤6），干燥采用真空干燥。

本发明的另一个目的是提供通过上述所述的方法制备的红色碳量子点。

本发明研究发现，通过本发明的方法制备的红色碳量子点具有其他颜色碳量子点相同的性质外，其浓磷酸溶液在紫外灯（365nm）下发射强的红色荧光。此外还具有红外或近红外的吸收。另外的一个最大特点是其磷酸溶液在808激光的照射下，温度显著升高，显示其具有良好的光热效应。

因而本发明还提供所述的红色碳量子点在制备光热诊疗药物中的应用。

本发明的优点是：1)制备碳量子点的原料来源丰富，甘蔗渣及其一些其他的生物资源在相同的条件下都能应用于制备，有利于废弃生物资源充分再利用；2)操作简单，方便，制备条件简易；3）有利于大量制备出红色碳量子点；4）制备的红色碳量子点具有良好的光学性质，发射稳定的红光，特别是还具有良好的光热效应。

附图说明

图1为本发明的红色碳量子点的磷酸溶液随光照时间的温度变化图。

具体实施方式

制备实施例

1) 甘蔗渣经去糖和干燥，称取200mg，置于圆底烧瓶中。

2）按浓硫酸与浓磷酸体积之比为2配制浓硫酸与浓磷酸的混合液。

3）加混合酸 4 ml至圆底烧瓶中，油浴加热100℃反应，回流加热 5h，成黑色溶液；

4）将制备的黑色溶液用砂芯漏斗进行抽滤，得滤液；并用浓磷酸将滤渣洗涤，洗液合并如滤液。

5）用滤液体积30倍的去离子水稀释，再过滤，并再用滤液体积的10倍的去离子水洗涤固形物，得到黑色固体。

6）然后，采用真空干燥，即得到本发明的以甘蔗渣为碳源原料制备的红色碳量子点 126 mg。

将产物溶于浓磷酸中，在 365 nm 紫外灯下，发射红色荧光。

应用实施例

实验方法如下：

将上述制备所得的红色碳量子点的磷酸溶液，用808 nm激光（1W，光斑直径5 mm）照射，用红外热像仪记录溶液的温度随光照时间的变化。见图1。

由图1看出，随着光照时间的增加，碳量子点溶液的温度显著升高，并在10分钟内升高了 56 ℃，而纯磷酸在相同光照条件下仅升高0.5℃。证实本发明的红色碳量子点应用于光热治疗具有良好的光热效果。

Claims (10)

1.红色碳量子点的制备方法，其特征在于：以甘蔗渣为碳源原料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括下述步骤：

1) 甘蔗渣前处理；

2）配制浓硫酸与浓磷酸体积之比为1～4的混合液；

3）将1）所得加入2）的混合液中，加热反应，成黑色溶液；

4）过滤；

5）滤液用水稀释，再过滤，并用水进行洗涤，得到黑色固体；

6）然后，干燥，即得到产物。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤1）的前处理包括去糖和干燥。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤2），所述混合液的浓硫酸与浓磷酸体积之比为：2。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤３），加热温度为80～120℃，将混合物回流加热4～6h。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤4），采用砂芯漏斗进行抽滤，并且还包括用浓磷酸洗涤滤渣。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤5），稀释的用水量是滤液体积的10～50倍，过滤采用普通抽滤，并再用滤液体积的5～20倍的水洗涤固形物。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤6），干燥采用真空干燥。

9.如权利要求1～8所述的方法制备的红色碳量子点。

10.权利要求9所述的红色碳量子点在制备光热诊疗药物中的应用。